表土層土壤溫度的日變化規(guī)律

郭振 盧垟杰

摘 要：本研究利用砒砂巖和黃土作為改良材料，將其與風(fēng)沙土按照一定的比例進(jìn)行混合，利用地溫計測定復(fù)配土10cm土層溫度的變化特征。每個階段以8∶00—20∶00的時間段進(jìn)行測定，間隔2h測1次。結(jié)果表明：地溫隨著日時刻數(shù)的增加均呈拋物線形變化趨勢。春季、夏季、秋季和冬季地溫均以14∶00的溫度最高，8∶00的溫度最低。春季和夏季以8∶00—10∶00時間段升溫最快，18∶00—20∶00時間段降溫最快;秋季和冬季以10∶00—12∶00時間段升溫最快，16∶00—18∶00時間段降溫最快。在春季和秋季，當(dāng)砒砂巖與沙復(fù)配比為1∶2時其對10 cm土層溫度的緩沖作用較好;在夏季和冬季，分別以全沙處理和砒砂巖與沙1∶1處理對10 cm土層溫度的緩沖作用較好。

關(guān)鍵詞：砒砂巖;沙;復(fù)配土;黃土;地溫

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330003

引言

土壤地溫也稱土壤溫度，是指地球陸地表層的溫度和地表以下不同土層土壤溫度的總和，具有明顯的季節(jié)波動性和日變化特征，地表溫度則主要指地表最高溫度、最低溫度以及平均溫度的總和[1，2]。近年來，隨著全球氣溫的升高，土壤地表溫度也表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，究其原因是大氣環(huán)境與地表隨時在進(jìn)行著能量交換，所以氣溫的升高也會引起地溫的上升，同時地溫也是衡量土壤地表熱能的物理量，其變化比氣溫變化更具保守性和滯后性[3，4]。而地溫作為一個重要的氣象指標(biāo)參數(shù)，與氣溫、空氣濕度等都是引起天氣變化的主要因子，在土壤的物理、化學(xué)及生物進(jìn)程中都起著重要的作用。

有研究表明，不同成土材料、地面附著物、地面濕度、降水量和地形等因素均能影響地溫的變化，地表由于長時間經(jīng)受太陽的輻射，繼而通過熱傳遞效應(yīng)將地表熱量逐漸地向下層傳遞，因此土壤表層溫度的變化可以導(dǎo)致下層土壤溫度的變化[5]。李帥等[6]通過氣象站分析了黑龍江春季地表淺層地溫的分布規(guī)律，結(jié)果表明地表溫度年際變化幅度較大，隨著土層的加深土壤溫度的變化幅度逐漸減小。周刊社等[7]對西藏地區(qū)氣溫和地溫的綜合研究表明，春季和冬季的溫度增幅顯著高于夏季和秋季，藏西部的獅泉河地區(qū)地表20cm淺層的地氣溫年度差異小于深層土壤。在沙荒地地區(qū)，土壤地溫對土壤水分的蒸發(fā)、植被構(gòu)成、養(yǎng)分遷移等會有至關(guān)重要的作用[8]。目前，關(guān)于沙荒地地溫特征的研究還未見報道，本試驗將砒砂巖、黃土與沙按照一定的比例進(jìn)行復(fù)配，探討外源添加材料對沙地的溫度緩沖性，研究結(jié)果可為砒砂巖與沙復(fù)配土的可持續(xù)發(fā)展及區(qū)域性利用提供背景依據(jù)。

1 材料與方法

砒砂巖和沙均取自榆林榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)大紀(jì)汗村。為模擬毛烏素沙地砒砂巖與沙混合層的土壤溫度變化情況，試驗設(shè)置在40cm高（口徑38cm×底徑30cm）的花盆中，共設(shè)5個處理，分別為砒砂巖與沙按照體積比1∶1、1∶2、1∶5進(jìn)行配制;黃土與沙按照1∶1體積比進(jìn)行配制;全沙單獨配制。每個處理設(shè)置4次重復(fù)，花盆在室外布置采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。

地溫采用地溫計進(jìn)行讀數(shù)，時間梯度設(shè)置為2018年7月—2019年6月，每月上中下3旬各測1次，每次從8∶00—20∶00間隔2h測1次，每月取平均值用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪圖。

2 結(jié)果與分析

如圖1所示，四季所有處理10cm土層的地溫隨著日時刻數(shù)的增加均呈拋物線形變化趨勢，地溫呈現(xiàn)為先增加后減少的一致規(guī)律，均表現(xiàn)為在14∶00的溫度最高，8∶00的溫度最低。春季地溫介于8.01～18.92℃之間，不同時刻的地溫變化規(guī)律表現(xiàn)為14∶00>16∶00>12∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，其中溫差范圍介于0.84～10.91℃之間，8∶00和10∶00的溫差為4.44℃，10∶00和12∶00之間的溫差為4.37℃，12∶00和14∶00之間的溫差為2.10℃，14∶00和16∶00之間的溫差為0.84℃，16∶00和18∶00之間的溫差為1.96℃，18∶00和20∶00之間的溫差為5.28℃，可見8∶00—10∶00時間段升溫最快，其次為10∶00—12∶00和12∶00—14∶00時間段，18∶00和20∶00時間段降溫最大，其次為16∶00—18∶00和14∶00—16∶00。

夏季地溫平均值介于23.39～32.66℃之間，不同時刻的地溫變化規(guī)律表現(xiàn)14∶00>16∶00>12∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，與春季變化趨勢一致，其中溫差范圍介于0.24～9.27℃之間，較春季變幅減小。8∶00和10∶00的溫差為4.28℃，10∶00和12∶00之間的溫差為3.67℃，12∶00和14∶00之間的溫差為1.32℃，14∶00和16∶00之間的溫差為0.24℃，16∶00和18∶00之間的溫差為1.82℃，18∶00和20∶00之間的溫差為5.43℃，可見8∶00—10∶00時間段升溫最快，其次是10∶00—12∶00和12∶00—14∶00，18∶00—20∶00時間段降溫最大，其次為16∶00—18∶00和14∶00—16∶00，與5cm土層變化規(guī)律一致。

秋季平均地溫介于18.57～29.75℃之間，不同時刻的地溫變化規(guī)律表現(xiàn)14∶00>12∶00>16∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，其中溫差范圍介于1.64～11.18℃之間。8∶00和10∶00的溫差為3.79℃，10∶00和12∶00之間的溫差為5.75℃，12∶00和14∶00之間的溫差為1.64℃，14∶00和16∶00之間的溫差為2.45℃，16∶00和18∶00之間的溫差為3.88℃，18∶00和20∶00之間的溫差為2.78℃，可見10∶00—12∶00時間段升溫最快，其次是8∶00—10∶00和12∶00—14∶00，與5cm土層升溫規(guī)律一致，16∶00—18∶00時間段降溫最大，其次為18∶00—20∶00和14∶00—16∶00。

冬季地溫介于2.55～8.78℃之間，不同時刻的地溫變化規(guī)律表現(xiàn)為14∶00>12∶00>16∶00>18∶00>20∶00>10∶00>8∶00，其中溫差范圍介于0.29～6.23℃之間，較其它季節(jié)變幅最小。8∶00和10∶00的溫差為1.74℃，10∶00和12∶00之間的溫差為4.21℃，12∶00和14∶00之間的溫差為0.29℃，14∶00和16∶00之間的溫差為1.98℃，16∶00和18∶00之間的溫差為2.10℃，18∶00和20∶00之間的溫差為0.56℃，可見10∶00—12∶00時間段升溫最快，其次是8∶00—10∶00和12∶00—14∶00，16∶00—18∶00時間段降溫最大，其次為14∶00—16∶00和18∶00—20∶00。

綜上可知，在10cm土層，春季和夏季的地溫隨時刻的變化規(guī)律一致，且升溫和降溫的時間段也一致，具體表現(xiàn)為8∶00—10∶00>10∶00—12∶00>12∶00—14∶00（升溫變幅）和18∶00—20∶00>16∶00—18∶00>14∶00—16∶00（降溫變幅）;秋季和冬季的升溫最大幅度和降溫最大幅度規(guī)律則一致，具體表現(xiàn)為10∶00—12∶00（升溫變幅）和16∶00—18∶00（降溫變幅）。

3 結(jié)論

所有處理在四季10cm土層的地溫隨著日時刻數(shù)的增加均呈拋物線形變化趨勢，地溫呈現(xiàn)為先增加后減少的一致規(guī)律，春季和冬季的變幅較夏季和秋季大。春季、夏季、秋季和冬季的地溫均以14∶00的溫度最高。春季8∶00—10∶00時間段升溫最快，其次為10∶00—12∶00，18∶00—20∶00時間段降溫最大，其次為16∶00—18∶00;夏季與春季的變化規(guī)律一致;秋季10∶00—12∶00時間段升溫最快，其次是8∶00—10∶00，16∶00—18∶00時間段降溫最大，其次為14∶00—16∶00;冬季與秋季的變化規(guī)律一致。10cm土層地溫達(dá)到峰值時春季和冬季以黃土與沙1∶1處理變幅較大，夏季和冬季分別以砒砂巖與沙1∶2和1∶5處理的變幅較大。在春季和秋季，當(dāng)砒砂巖與沙復(fù)配比為1∶2時其對10cm土層溫度的緩沖作用較好;在夏季和冬季，分別以全沙處理和砒砂巖與沙1∶1處理對10cm土層溫度的緩沖作用較好。

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（責(zé)任編輯 木易）